闯关21 牛顿运动定律的应用 超重和失重 专项训练 -2026年初高物理衔接21天闯关学习计划

**基本信息** 以加速度为桥梁衔接初高中动力学知识，通过表格系统梳理超重失重特征，结合生活与科技情境实现概念理解与问题解决的统一。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |衔接知识|2类问题|动力学两类问题：以加速度为桥梁，结合受力分析与运动学公式|从初中二力平衡过渡到高中“受力-运动”双向分析，建立加速度关联逻辑| |高中新知|3种状态|超重失重核心：重力不变，视重随加速度方向变化|通过运动情况（加速/减速方向）推导加速度方向，建立支持力与重力关系公式| |巩固训练|单选9题/填空3题/解答4题|实际问题分析：结合蹦极、神舟飞船等情境，应用牛顿定律与运动学公式|从概念辨析（单选）到知识结构化（填空）再到综合计算（解答），形成梯度训练|

闯关21 牛顿运动定律的应用 超重和失重 衔 接 知 识 高一 初中 衔接点 由受力确定 运动情况 由受力分析与力的合成结合分解求解物 体所受合外力，然后利用牛顿第二定律求 解物体的加速度，再由运动学公式求解相 关物理量 二力平衡 根据运动状态判断受力 由运动情况 确定受力 结合运动学公式求解物体的加速度，然后 利用牛顿第二定律求解物体所受的合外 力，再结合受力分析求解某个未知力 养成思 维 ：解决动力学两类基本问题的方法，以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方 程求解，把握好“两个分析”和“一个桥梁”。 【高中新知】 超重和失重 1. 概念 (1)超重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。 (2)失重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。 第四章 运动和力的关系 2. 特点 特征状态 运动情况 受力示意图 加速度 支持力(拉力)与重力的关系 平衡 静止或匀速 直线运动 mg a=0 F=mg 超重 向上加速或 向下减速 方向向上 F-mg=ma(F>mg) 失重 向下加速或 向上减速 mg 方向向下 mg-F=ma(F<mg) 养成思维：无论是超重还是失重，物体的重力不发生改变，但测量重力的仪器读数(视重)与物体的实 际重力大小(实重)不同。 巩固训练 一、单选题 1．蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动。如图所示，参与者站在约40米的高处，把一端固定的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，下落到最低点后，再由最低点上升至最高点，在最高点弹性绳处于松弛状态，不考虑空气阻力与橡皮条及绳的重力，下列判断正确的是（　　） A．在最低点时，橡皮条对参与者的弹力与参与者的重力大小相等 B．失重阶段的加速度最大值一定小于重力加速度 C．当参与者速度达到最大时，橡皮条对参与者的弹力与参与者的重力大小相等 D．参与者下落过程中一直处于失重状态 【答案】C 【详解】A．在最低点时，参与者的速度为零，但加速度最大且方向竖直向上。根据牛顿第二定律，合力方向向上，即橡皮条对参与者的弹力远大于参与者的重力mg，故A错误； B．失重是指物体具有向下的加速度的状态，在参与者下落的初始阶段，橡皮条尚未绷紧，参与者只受重力作用，做自由落体运动，加速度为重力加速度g，因此，失重阶段的加速度最大值等于重力加速度g，故B错误； C．当参与者速度达到最大时，其加速度为零，根据牛顿第二定律，此时参与者所受合力为零，即竖直向下的重力与竖直向上的橡皮条弹力大小相等、方向相反，故C正确； D．参与者下落过程中，当橡皮条的弹力大于重力后，参与者的合力方向向上，加速度方向向上，处于超重状态。因此，参与者并非在整个下落过程都处于失重状态，故D错误。 故选C。 2．如图所示，运动员正在进行网球比赛，若网球可视为质量分布均匀的球体，则关于网球运动中蕴含的力学知识，以下说法正确的是（    ） A．网球在空中运动时处于完全失重状态 B．网球撞击球拍时，球拍对网球的力大于网球对球拍的力 C．网球的速度越大，惯性越大 D．球拍对网球的弹力，是因为网球发生弹性形变而产生的 【答案】A 【详解】A．网球在空中运动时，只受重力作用，网球处于完全失重状态，故A正确； B．网球撞击球拍时，由牛顿第三定律可知球拍对网球的力等于网球对球拍的力，故B错误； C．网球的惯性由质量决定，与速度无关，故C错误； D．球拍对网球的弹力，是因为球拍发生弹性形变而产生的，故D错误。 故选A。 3．如图所示为太空中进行测量质量的实验：航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置。松手后，支架拉着航天员从静止返回到舱壁，支架能够产生一个恒定的拉力。下列选项中哪组物理量能够算出航天员的质量（    ） A．航天员返回到舱壁的位移、时间 B．恒力、航天员返回到舱壁的位移 C．航天员返回到舱壁的速度、位移、时间 D．恒力、航天员返回到舱壁的位移、时间 【答案】D 【详解】航天员的质量 能够算出航天员的质量需要知道恒力和航天员返回到舱壁的三个参量中的两个。 故选D。 4．2025年11月14日16时40分，东风着陆场传来捷报——神舟二十一号载人飞船返回舱成功着陆。假设返回舱距离地面的高度为时，返回舱底部的反推发动机点火提供竖直向上的推力，使得返回舱触地前的瞬间速度恰好降至零，从而实现软着陆。若该过程返回舱始终竖直向下做匀减速运动，返回舱的质量变化和受到的空气阻力均忽略不计，返回舱的总质量为，反推发动机从点火至软着陆所用时间为，重力加速度大小，则反推发动机工作时提供的推力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】返回舱从高度开始匀减速运动至地面，速度降为零，用时。设向下为正方向，由运动学公式可得，位移 末速度 代入，解得加速度 负号表示加速度方向向上。由牛顿第二定律 解得 故选C。 5．如图所示，一物块静止在光滑水平面上，物块的质量，在的水平拉力作用下物块开始运动，g取10m/s2，则末物块的速度大小为（　　） A．8m/s B．6m/s C．4m/s D．2m/s 【答案】A 【详解】根据题意，由牛顿第二定律有 解得 由速度与时间的关系式可得，末物块的速度大小为 故选A。 6．如图所示，质量为的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.4，当物体运动的速度为时，给物体施加一个与速度方向相反的大小为的恒力，在此恒力作用下（取，最大静摩擦力等于滑动摩擦力），下列说法正确的是（　　） A．物体经速度减为零 B．物体受滑动摩擦力的方向与方向相反 C．物体速度减为零后会反向加速运动 D．物体运动过程受到的合力大小为 【答案】D 【详解】ABD．物体向右运动过程中，受到水平向左的滑动摩擦力，与F方向相同，根据牛顿第二定律有 求得加速度大小 物体向右减速到0，所用时间，故AB错误，D正确； C．由于，所以物体速度减为零后将保持静止，故C错误。 故选D。 7．做某一动作时，力传感器的示数随时间变化的情况。下面判断正确的是（　　） A．这是站起过程，先失重后超重 B．这是站起过程，先超重后失重 C．这是蹲下过程，先失重后超重 D．这是蹲下过程，先超重后失重 【答案】C 【详解】初始力传感器示数等于人的重力，图中示数先小于重力，后大于重力，对应状态是先失重后超重，失重对应加速度向下，超重对应加速度向上。 站起过程：从蹲姿到站姿，先加速向上（加速度向上，超重），后减速向上（加速度向下，失重），是先超重后失重，。 蹲下过程：从站姿到蹲姿，先加速向下（加速度向下，失重），后减速向下（加速度向上，超重），是先失重后超重。 故选C。 8．中国空间站“天宫”运行在距离地球表面约400km的近地轨道，航天员长期驻留期间会进行多项科学实验。下列说法正确的是（     ） A．空间站中的航天员处于完全失重状态，完全失重即重力消失 B．空间站中的航天员可以在舱内用弹簧测力计测量物体重力 C．航天员在乘坐神舟飞船从地面加速上升时，处于超重状态 D．航天员漂浮在舱内时，其惯性比在地面上静止时更小 【答案】C 【详解】A．空间站绕地球做匀速圆周运动时，航天员处于完全失重状态，但重力并未消失，A错误； B．弹簧测力计测量“重力”的本质是测量物体对弹簧的拉力，完全失重状态下，物体对弹簧的拉力为零，示数应为零，B错误； C．航天员加速上升时，处于超重状态，C正确； D．惯性的大小仅由物体的质量决定，与运动状态无关，航天员的质量在太空和地面保持不变，因此惯性大小不变，D错误。 故选C。 9．如图所示，A、B两物体并排放在光滑水平面上，质量分别为1kg和2kg。当水平向右推力作用在物体上时，A、B之间作用力的大小为，若水平推力的大小不变，将变为水平向左推动物体，则A、B之间作用力的大小为（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】当水平向右推力F作用在物体上时，对AB整体，由牛顿第二定律有 对B分析可知 当水平向左推力作用在B物体上时，对AB整体，由牛顿第二定律 对A分析可知 联立解得 故选D。 二、知识点填空题 10．从受力情况确定运动情况 (1)牛顿第二定律确定了________和________的关系，使我们能够把物体的运动情况和________联系起来。 (2)如果已知物体的受力情况，可由牛顿第二定律求出物体的________，再通过运动学的规律就可以确定物体的________。 【答案】(1) 运动 力 受力情况 (2) 加速度 运动情况 【详解】（1）略。 （2）略。 11．从运动情况确定受力情况 若已经知道物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的________，于是就可以由牛顿第二定律确定物体所受的________，这是力学所要解决的又一方面的问题。 【答案】 加速度 合外力 【详解】略。 12．动力学的两类基本问题 动力学有两类问题：一是已知物体的受力情况分析________情况；二是已知运动情况分析________情况，程序如下图所示。 其中，________是基础，牛顿第二定律和________公式是工具，________是桥梁。 【答案】 运动 受力 受力分析 运动学 加速度 【详解】略。 三、解答题 13．如图所示，小孩与冰车的总质量为43kg，静止在水平冰面上，大人用与水平方向夹角的恒力F拉冰车，小孩与冰车一起沿冰面由静止开始做匀加速直线运动，小孩与冰车向前运动4m时速度为2m/s。已知冰车与冰面间的动摩擦因数为0.1，若不计空气阻力，重力加速度g取，，。求： (1)小孩与冰车的加速度大小； (2)拉力F大小。 【答案】(1) (2)75N 【详解】（1）选择小孩与冰车整体为研究对象，在冰面上做匀加速直线运动， 根据运动学公式，解得 （2）选择小孩与冰车整体为研究对象，进行受力分析如下： 沿水平方向和竖直方向建立平面直角坐标系，将拉力F分别沿x轴方向和y轴方向正交分解， 其中 则研究对象在x轴和y轴的受力满足： ，，代入数据解得F＝75N 14．无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞机，目前正得到越来越广泛的应用。某无人机的质量为15kg，从地面由静止开始匀加速向上起飞，经过4s离地高度h=40m，g取10m/s2。 (1)求无人机匀加速上升时加速度的大小； (2)上升过程中无人机是超重还是失重？若无人机恒受到15N的空气阻力，则无人机提供的升力是多少？ 【答案】(1)5m/s2 (2)超重，240N 【详解】（1）根据运动学公式可得 解得无人机匀加速上升时加速度的大小为 （2）上升过程中，无人机的加速度向上，处于超重状态；根据牛顿第二定律可得 解得无人机提供的升力为 15．如图所示，物体的质量，物体与地面间的动摩擦因数，取。若沿水平向右方向施加一恒定拉力，使物体由静止开始做匀加速直线运动。求： (1)物体的加速度大小； (2)2s末的速度大小； (3)2s内的位移大小。 【答案】(1) (2) (3)8m 【详解】（1）根据牛顿第二定律 其中 则 （2）对于匀加速运动，2s末的速度，由 解得 （3）对于匀加速运动，2s内的位移大小，由 解得 16．如图，位于水平地面上的木块质量为，受到大小为、方向与水平方向成角的拉力作用后由静止开始水平向右做匀加速直线运动，若木块与地面之间的动摩擦因数为，求：（，，） (1)求木块对地面的压力； (2)木块的加速度多大？ (3)拉力作用下木块在前内的位移多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）竖直方向根据平衡条件有 解得 根据牛顿第三定律可知木块对地面的压力大小为，方向竖直向下。 （2）木块所受滑动摩擦力大小为 根据牛顿第二定律有 解得 （3）拉力作用下木块在前内的位移大小为 学科网（北京）股份有限公司 $ 闯关21 牛顿运动定律的应用 超重和失重 衔 接 知 识 高一 初中 衔接点 由受力确定 运动情况 由受力分析与力的合成结合分解求解物 体所受合外力，然后利用牛顿第二定律求 解物体的加速度，再由运动学公式求解相 关物理量 二力平衡 根据运动状态判断受力 由运动情况 确定受力 结合运动学公式求解物体的加速度，然后 利用牛顿第二定律求解物体所受的合外 力，再结合受力分析求解某个未知力 养成思 维 ：解决动力学两类基本问题的方法，以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方 程求解，把握好“两个分析”和“一个桥梁”。 【高中新知】 超重和失重 1. 概念 (1)超重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。 (2)失重现象：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。 第四章 运动和力的关系 2. 特点 特征状态 运动情况 受力示意图 加速度 支持力(拉力)与重力的关系 平衡 静止或匀速 直线运动 mg a=0 F=mg 超重 向上加速或 向下减速 方向向上 F-mg=ma(F>mg) 失重 向下加速或 向上减速 mg 方向向下 mg-F=ma(F<mg) 养成思维：无论是超重还是失重，物体的重力不发生改变，但测量重力的仪器读数(视重)与物体的实 际重力大小(实重)不同。 巩固训练 一、单选题 1．蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动。如图所示，参与者站在约40米的高处，把一端固定的橡皮条绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去，下落到最低点后，再由最低点上升至最高点，在最高点弹性绳处于松弛状态，不考虑空气阻力与橡皮条及绳的重力，下列判断正确的是（　　） A．在最低点时，橡皮条对参与者的弹力与参与者的重力大小相等 B．失重阶段的加速度最大值一定小于重力加速度 C．当参与者速度达到最大时，橡皮条对参与者的弹力与参与者的重力大小相等 D．参与者下落过程中一直处于失重状态 2．如图所示，运动员正在进行网球比赛，若网球可视为质量分布均匀的球体，则关于网球运动中蕴含的力学知识，以下说法正确的是（    ） A．网球在空中运动时处于完全失重状态 B．网球撞击球拍时，球拍对网球的力大于网球对球拍的力 C．网球的速度越大，惯性越大 D．球拍对网球的弹力，是因为网球发生弹性形变而产生的 3．如图所示为太空中进行测量质量的实验：航天员把自己固定在支架的一端，另外一名航天员将支架拉开到指定的位置。松手后，支架拉着航天员从静止返回到舱壁，支架能够产生一个恒定的拉力。下列选项中哪组物理量能够算出航天员的质量（    ） A．航天员返回到舱壁的位移、时间 B．恒力、航天员返回到舱壁的位移 C．航天员返回到舱壁的速度、位移、时间 D．恒力、航天员返回到舱壁的位移、时间 4．2025年11月14日16时40分，东风着陆场传来捷报——神舟二十一号载人飞船返回舱成功着陆。假设返回舱距离地面的高度为时，返回舱底部的反推发动机点火提供竖直向上的推力，使得返回舱触地前的瞬间速度恰好降至零，从而实现软着陆。若该过程返回舱始终竖直向下做匀减速运动，返回舱的质量变化和受到的空气阻力均忽略不计，返回舱的总质量为，反推发动机从点火至软着陆所用时间为，重力加速度大小，则反推发动机工作时提供的推力大小为（　　） A． B． C． D． 5．如图所示，一物块静止在光滑水平面上，物块的质量，在的水平拉力作用下物块开始运动，g取10m/s2，则末物块的速度大小为（　　） A．8m/s B．6m/s C．4m/s D．2m/s 6．如图所示，质量为的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.4，当物体运动的速度为时，给物体施加一个与速度方向相反的大小为的恒力，在此恒力作用下（取，最大静摩擦力等于滑动摩擦力），下列说法正确的是（　　） A．物体经速度减为零 B．物体受滑动摩擦力的方向与方向相反 C．物体速度减为零后会反向加速运动 D．物体运动过程受到的合力大小为 7．做某一动作时，力传感器的示数随时间变化的情况。下面判断正确的是（　　） A．这是站起过程，先失重后超重 B．这是站起过程，先超重后失重 C．这是蹲下过程，先失重后超重 D．这是蹲下过程，先超重后失重 8．中国空间站“天宫”运行在距离地球表面约400km的近地轨道，航天员长期驻留期间会进行多项科学实验。下列说法正确的是（     ） A．空间站中的航天员处于完全失重状态，完全失重即重力消失 B．空间站中的航天员可以在舱内用弹簧测力计测量物体重力 C．航天员在乘坐神舟飞船从地面加速上升时，处于超重状态 D．航天员漂浮在舱内时，其惯性比在地面上静止时更小 9．如图所示，A、B两物体并排放在光滑水平面上，质量分别为1kg和2kg。当水平向右推力作用在物体上时，A、B之间作用力的大小为，若水平推力的大小不变，将变为水平向左推动物体，则A、B之间作用力的大小为（    ） A． B． C． D． 二、知识点填空题 10．从受力情况确定运动情况 (1)牛顿第二定律确定了________和________的关系，使我们能够把物体的运动情况和________联系起来。 (2)如果已知物体的受力情况，可由牛顿第二定律求出物体的________，再通过运动学的规律就可以确定物体的________。 11．从运动情况确定受力情况 若已经知道物体的运动情况，根据运动学公式求出物体的________，于是就可以由牛顿第二定律确定物体所受的________，这是力学所要解决的又一方面的问题。 12．动力学的两类基本问题 动力学有两类问题：一是已知物体的受力情况分析________情况；二是已知运动情况分析________情况，程序如下图所示。 其中，________是基础，牛顿第二定律和________公式是工具，________是桥梁。 三、解答题 13．如图所示，小孩与冰车的总质量为43kg，静止在水平冰面上，大人用与水平方向夹角的恒力F拉冰车，小孩与冰车一起沿冰面由静止开始做匀加速直线运动，小孩与冰车向前运动4m时速度为2m/s。已知冰车与冰面间的动摩擦因数为0.1，若不计空气阻力，重力加速度g取，，。求： (1)小孩与冰车的加速度大小； (2)拉力F大小。 14．无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞机，目前正得到越来越广泛的应用。某无人机的质量为15kg，从地面由静止开始匀加速向上起飞，经过4s离地高度h=40m，g取10m/s2。 (1)求无人机匀加速上升时加速度的大小； (2)上升过程中无人机是超重还是失重？若无人机恒受到15N的空气阻力，则无人机提供的升力是多少？ 15．如图所示，物体的质量，物体与地面间的动摩擦因数，取。若沿水平向右方向施加一恒定拉力，使物体由静止开始做匀加速直线运动。求： (1)物体的加速度大小； (2)2s末的速度大小； (3)2s内的位移大小。 16．如图，位于水平地面上的木块质量为，受到大小为、方向与水平方向成角的拉力作用后由静止开始水平向右做匀加速直线运动，若木块与地面之间的动摩擦因数为，求：（，，） (1)求木块对地面的压力； (2)木块的加速度多大？ (3)拉力作用下木块在前内的位移多大？ 学科网（北京）股份有限公司 $